使用Hugepage大页优化程序性能

页（page）的大小和程序的性能紧密相关。

使用大页的好处：

• 减少page table本身的内存开销
• 减少单次page table walk所需的时间
• 减少TLB miss的发生次数

使用大页的坏处：

• 增加内部碎片
• 增加单次缺页异常（page fault）的开销

这里构造了一个如下的小例子：

#include <stdlib.h>

#define TWOMB 2097152

int main () {
    srand(1000);
    int size = TWOMB * 100;
    int *arr = malloc(size);
    for (int i = 0; i < 10000000; i++) {
        int offset = rand() % (size / sizeof(int));
        arr[offset] = rand();
    }

    return 0;
}

这个例子分配了很大（200MB）的内存，然后在一个循环中随机访问其中的数据。如果使用4KB页，则总共需要 200MB / 4KB = 51200 个页，这个数目远超过TLB所能容纳的页的数量，从而产生大量TLB miss。而使用2MB大页，则TLB中只需要200MB / 2MB = 100个entry即可容纳所有的数据。

编译后使用

perf stat -e dtlb_load_misses.miss_causes_a_walk ./a.out

获得TLB miss事件的发生次数：

91,100   dtlb_load_misses.miss_causes_a_walk

       0.385755759 seconds time elapsed
       0.313395000 seconds user
       0.072321000 seconds sys

然后使用libhugetlbfs将内存分配在大页上：

export LD_PRELOAD=libhugetlbfs.so
export HUGETLB_MORECORE=yes

然后再运行同样的perf命令，可以看到TLB miss大幅减小了：

2,878   dtlb_load_misses.miss_causes_a_walk                                   

       0.306396766 seconds time elapsed

       0.278139000 seconds user
       0.028217000 seconds sys